Vista previa del material en texto
En este artículo vamos a ofrecer una panorámica de los equipos de mapeo de suelo, desde las plataformas que están disponibles comercialmente desde principios de este milenio orientadas a empresas de consultoría agronómica, hasta los más recientes desarrollos comercializados (patentes con prioridad posterior a 2015) y con doble función de mapeado y de control de cuerpos de siembra en tiempo real. TÉCNICA 50 VIDA MAQ 1 febrero 2021 P. Barreiro y B. Diezma. LPF_TAGRALIA. UPM_CEI Moncloa. C uando se realiza un mapeado de la productividad superficial de una parcela (kg/ha) (figura 1), se encuentra en muchas ocasiones una variabilidad muy elevada (entre el 30 y 80% según los casos) aso - ciada a diversidad edáfica (materia orgá - nica, textura y nutrientes), de manejo del suelo (laboreo y compactación por tráfico de vehículos), topográfica (pendiente y orientación que redundan en variaciones en la acumulación de humedad y evolu - ción de la temperatura) y de actividad biológica (plagas y enfermedades). Mapear el suelo mediante los tradiciona- les sensores (que se describirán poste- riormente) montados en plataformas te - rres tres específicas está especialmente indicado para acotar la distribución espa- cial de propiedades del suelo espacial- mente estáticas como la textura, el nivel freático y la salinidad, aportándonos ca - pas de información con una elevada reso- lución espacial (foto 1). El coste de utiliza- ción de estos equipos no justifica su empleo para conocer propiedades mucho más dinámicas (variables a lo largo de la campaña) como el contenido de agua en el suelo. La filosofía es mapear los suelos al menos una vez en aquellas parcelas con elevada variabilidad en la productivi- dad espacial (al menos un 25%) contra- tando el servicio, e intentar asociar poste- riormente la productividad en relación al conjunto de datos disponible, y así tomar decisiones relativas a la fertilización y densidad de siembra. Las empresas que ofrecen estos servicios de mapeado del suelo se dedican específicamente a labo- res de asesoría y no realizan labores agrí - colas tradicionales. El coste en la contra- tación de un mapeado puede oscilar entre 25 euros/ha para superficies inferiores a 20 ha hasta 10 euros/ha para su perficies superiores a 200 ha, aunque sue le existir un coste mínimo de varios cientos de euros. Es conveniente al contratar el servi- cio, solicitar además un nú mero mínimo de muestras de suelo analizadas en labo- ratorio cuya localización venga determina- da por los mapas dinámicos. Denominaremos tradicionales a los distin- tos sensores eléctricos, electromagnéti- Sensores para conocer los suelos y su fertilidad y actuar en consecuencia Foto 1. Ejemplo de dispositivo de mapeado de suelo. En este modelo Veris Quad 2800 se determina la conductividad eléctrica del suelo a dos profundidades. TÉCNICA 1 febrero 2021 VIDA MAQ 51 y la variabilidad de CEa para textura arci- llosa (100 mS/m), limosa (10 mS/m) o arenosa (1 mS/m). Podemos comprobar que el valor de CEa es 10 veces menor en suelos arenosos que limosos, y 100 veces menor en los arenosos que en los arcillosos. Los suelos arcillosos además pueden ofrecer grandes variaciones en la CEa, desde valores parcialmente super- puestos a los suelos limosos hasta valo- res extremadamente altos como 1.000 mS/m. De ello se deduce, que los mapas de CEa capturan muy bien las diferencias texturales de los suelos. Existen tres grandes casas comerciales que comercializan equipos para la deter- minación de las propiedades eléctricas del suelo: Veris (3100), Geocarta (ARP) y Geonics (EM38). Las dos primeras em - plean métodos resistivos (ER) sobre la base de una medida directa (DC) de la conductividad eléctrica y precisan la intro- ducción en el suelo de electrodos; cada equipo dispone de varios pares de elec- trodos, similares a discos de grada, que caracterizan el suelo a distinta profundi- dad (2 niveles en Veris y 3 en Geocarta). Ejemplo de mapa de rendimiento en una parcela con una variabilidad del 58%, en la que se han definido cinco zonas de gestión tal y como figura en la escala de color. cos, ópticos y electro-químicos que han proliferado en la última década del siglo XX y que se distribuyen en las menciona- das plataformas de tamaño medio, con un uso específico en mapeado en una activi- dad independiente de las labores agríco- las (fotos 2 y 3). La mayoría de ellos tiene como característica común su sensi- bilidad a más de un factor agronómico del suelo. Los sensores eléctricos y electro- magnéticos, junto con los ópticos son los más inespecíficos (textura, materia orgáni- ca, contenido en agua, nitratos, capacidad de intercambio catiónico), mien tras que los sensores electro-químicos permiten detectar independientemente parámetros como la salinidad, el pH, y la composición en una variedad de iones (potasio, nitra- tos, magnesio). Los sensores son tanto más complementarios cuanto más distin- tos son los parámetros que determinan, y tanto más redundantes cuanto más coinci- den en las características registradas. Mientras que los sensores eléctricos y electromagnéticos aportan una única señal de salida, la conductividad eléctrica aparente (CEa), los sensores ópticos esti- man varias propiedades del suelo inde- pendientemente, aunque no las miden directamente como los electro- químicos (aún de uso limitado y con es casos resultados prácticos a excepción del pH). El reto por tanto es seleccionar el conjunto de tecnologías con una mayor potencialidad que en el mo - mento actual se centra en la combinación de sensores ópticos y de conductividad eléctrica (eléctricos o electromagnéticos). Sensores eléctricos y electromagnéticos Como se ha indicado, el parámetro eléctri- co que establecen los sensores eléctricos y electromagnéticos es la conductividad eléctrica aparente (CEao ECa en in glés, mSm-1) que es un promedio de la circula- ción eléctrica por tres vías distintas: la fase líquida del suelo que tiene nutrientes disueltos, la fase sólido-líquida debida al intercambio de cationes asociado con ar - cillas y minerales y la fase sólida de ri va da del contacto físico entre partículas sólidas. No debe confundirse la CE aparente con la CE determinada en laboratorio sobre muestras de suelo pulverizado donde no existen agregados ni poros de aire. La figura 2 muestra los valores promedio Foto 2. Geocarta ARP empleado para determinar la conductividad eléctrica del suelo a tres profundidades. Figura 1 TÉCNICA 52 VIDA MAQ 1 febrero 2021 Geonics en cambio ofrece equipos co mer ciales basados en inducción electromagnética (EMI) que emplean corriente alterna que al circular por una bobina emi sora genera un campo mag- nético en el suelo, que a su vez genera una co rrien te eléctrica en una bobina receptora. Estos sensores no precisan penetrar en el suelo. La señal EMI es amplificada y acondicionada en voltaje, siendo proporcional al volumen de suelo evaluado y a la CEa del mismo. El modelo EM-38 dual-dipole dispone de una bobina horizontal y otra vertical que van alternando sus medi- das cada varios segundos. La configuración horizontal o vertical aporta información en distintos niveles de profundidad (mayor cuando la bobina está en posición horizontal que en vertical, EMh y EMv respectivamente). Además, la relación de conducti- vidades aparentes obtenidas con EMh y EMv refleja las propie- dades de conductividad hidráulica del suelo, y permite evaluar la lixiviación de nutrientes. La figura 3 nos indica la sensibilidad y capacidad de penetra- ción en profundidad en el suelo para los canales de cada equi - po: Veris, Geocarta y Geonics EM38-dual. Cada canal tiene asociada una cur va de sensibilidad, de manera que el va lor de CEa aportado por cada canal es una media ponderada en la profundidad de suelo afectada. Existe siempre una profundidad en la que la sensibilidad es máxima, aunque es importante insistir que el resultado final en CEa es la media ponderada de todas las profundidades abarcadas por cada curva. Estos datos son poco conocidosy hay que recurrir a una comunicación de la Conferencia Eu ropea de Agricultura de precisión en 2005 para localizarlos. Foto 3. Geonics EM38 empleado para determinar la conductividad eléctrica del suelo. Abarca una o dos profundidades dependiendo de si es dual o no. Figura 2 Valores típicos de conductividad eléctrica aparente (CEa) de los elementos texturales del suelo: arena, limo y arcilla. Figura 3 Sensibilidad en profundidad de los equipos comerciales que determinan la conductividad eléctrica aparente (CEa): Veris, Geocarta y Geonics. En cada figura se indica el número de canales y su sensibilidad relativa. El valor aportado por cada canal es la media ponderada de la conductividad del suelo en función de la sensibilidad. Fuente: Elaboración propia a partir de datos publicados en la Conferencia Europea de Agricultura de Precisión 2005. TÉCNICA De la figura 3 se deduce que el equipo Veris es el que realiza un mapeo más superficial con dos canales bien separa- dos en profundidad, siendo apto para cul- tivos herbáceos (horizonte de hasta 40 cm). El equipo Geocarta dispone de un canal apto para cultivos herbáceos (40 cm) y otros dos más adaptados a cultivos vivaces como la vid o frutales de peque- ño porte (hasta 1,6 m de profundidad de raíz), mientras que el Geonics EM38 dis- pone de dos canales y permite determi- nar texturas a una profundidad de 40 cm y 1,4 m, comparables al primer y tercer canal de Geocarta. En 2011 se publicó en la revista Irrigation Scien ce un estudio científico que compa- raba el uso del equipo Veris y Geonics EM38 para el caso de una plantación de almendro. Como era esperable, los resul- tados que mejor se correlacionaron con la productividad superficial (kg/ha) de los almendros correspondió al equipo de ma - yor penetración (EM38) por tratarse de un cultivo leñoso con elevado desarrollo radi- cular en profundidad. En el estudio fue fac tible establecer con el EM38 cuatro zo - nas con productividades crecientes entre 2.600 y 4.000 kg/ha, no así con el equipo Veris. Es extremadamente importante, por tanto, conocer la sensibilidad de los equi- Foto 4. Veris Opticmapper que dispone sólo de dos longitudes de onda para determinar a materia orgánica. La patente de 2012 propone un espectrómetro VIS-NIR que actualmente no se comercializa. TÉCNICA 54 VIDA MAQ 1 febrero 2021 pos en profundidad y no caer en conclusiones precipitadas. En caso de haberse tratado de trigo, los resultados hubie- ran sido distintos. Sensores ópticos Históricamente en la caracte- rización del suelo agrícola mediante sensores ópticos se ha empleado el espectro visi- ble (Vis, 400-700 nm), al fin y al cabo, el color ha sido siem- pre un claro indicador de la presencia de arcillas y mate- ria orgánica. Más reciente- mente se ha incorporado el infrarrojo cercano (NIR, 700- 2.400 nm), bandas donde los grupos funcionales C-H, N-H y O-H absorben energía, siendo por tanto muy útil para cuantificar distintas formas de carbono, nitrógeno y agua, respectivamente. La determinación espectral del suelo con sensores mon- tados en plataformas móviles (condiciones dinámicas) requiere el empleo de una ventana transparente de zafi- ro (resistente al deterioro), instalada en la base de una reja, junto con un sistema de iluminación (foto 4). Estos sistemas requieren un proceso de calibración frecuente porque conviene recordar que realizamos estimaciones indirectas de las propiedades del suelo. La marca comercial más extendida es Veris. Los datos dis ponibles, indican que sus equipos han mejorado la capacidad predictiva de un 40% al 80-90% entre 2010 y 2015. Veris, ofrece una combinación de equipos de conductividad eléctrica, óptico y elec- tro-químico en plataformas de tamaño me dio (modelo MSP3), encaminados a la estimación de tres propiedades del suelo: el porcentaje de materia orgánica, la ca - pa cidad de intercambio catiónico (meq/100g) y el pH, con la capacidad pre- dictiva indicada. La pregunta que surge inmediatamente es por qué estos pará- metros y no otros. Bien, la conductividad eléctrica aparente (CEa) nos da una indicación de la textura (como ya hemos mostrado) pero también de la capacidad de intercambio catiónica (CIC) relacionada con los iones retenidos en el complejo arcillo-húmico (evita su la - va do o lixiviación) y por tanto quedan dis- ponibles para ser absorbidos a través de las raíces de las plantas. Sin embargo, la CEa se ve afectada por la cantidad de ma teria orgánica (MO) y de humedad en el suelo siendo necesario establecer co - rrecciones para definir mejor la textura. Una medida independiente de la cuantía de la MO nos per- mite eliminar el sesgo en la extracción de conclusiones respecto a la CEa, y nos indi- ca a su vez otro as pec to de la fertilidad imprescindible para la salud de la biota del suelo (conjunto de organismos vivos que habitan en él). La materia orgánica aporta estabilidad a la estructura del suelo, puesto que forma parte del mencionado complejo arcillo-húmico que aglutina las partículas dando lugar a agregados estables que favo- recen además una correcta porosidad en el suelo con la consecuente aireación e infil- tración del agua en el mismo. Niveles adecuados de mate- ria orgánica se sitúan entre el 1% y 3% aunque en la mayor parte del terreno extensivo español los valores actuales son prácticamente inexisten- tes debido a la casi exclusiva fertilización mineral. Finalmente, el pH nos indica si estamos en suelos básicos o ácidos y en combina- ción con la CIC nos permite establecer el tipo y cuantía de las enmiendas a aplicar, en caso necesario, y a decidir los cultivos que más se adaptan a este tipo de suelo. Por tanto, la determinación independiente de esta terna de parámetros CEa, MO y pH es de extrema utilidad. Nueva generación de sensores de suelo embarcados En 2017, Veris patentó el sistema iScan (US 9,585,301 B1) que es una plataforma Figura 4 Esquema del funcionamiento de iScan de Veris que indica la penetración en la determinación de la CEa. Los sensores ópticos y de humedad se detallan en la fotografía inferior. TÉCNICA 1 febrero 2021 VIDA MAQ 55 Existe una amplia bibliografía que se puede consultar en las siguientes referencias de las autoras: Barreiro Elorza, P. (2007). Sensores para la caracterización del suelo agrícola usados en agricultura de precisión. Vida rural, (260), 38-42. Vega, N. S., González, A. M., y Barreiro Elorza, P. (2015). La importancia del suelo en la producción agrícola. Tierras de Castilla y León: Agricultura, (231), 16-25. Nuevas Tecnologías e Innovación en La Gestión De Riesgos Agrarios (2019) curso online en abierto https://miriadax.net/web/como-gestionar-los-riesgos-agrarios-y- ambientales-2-edicion- SPARKLE (2020) curso online en abierto http://sparkle-pro- ject.eu/moodle/ BIBLIOGRAFÍA Figura 5 Smart Firmer de Precision Planting, el módulo óptico emplea tres longitudes de onda para estimar la materia orgánica en rangos de 0,5% a 6%. nera individualizada la profundidad de los cuerpos de siembra empleando para ello un motor eléctrico (foto 5). Tanto iScan de Veris como SmartFirmer de Precision Planting muestran un sesgo en el desarrollo de las plataformas de sensores de suelo embarcados, hacia equipos de pequeño tamaño (y menor coste) que pueden ser adquiridos por agricultores profesionales y empresas de servicios, y empleados sistemáticamente y no solo alquilados para una caracteriza- ción esporádica de las parcelas; en todo caso es recomendable recurrir a una con- sultoría agronómica para la interpretación de los datos si no se dispone de personal técnico suficientemente preparado. En cambio, los dispositivos de Geonics EM38 o Geocarta ARP parecen ser inelu- dibles en cultivos vivaces y leñosos, con un desarrollo radicular profundo. n MSP3, mencionado anteriormente, hay que indicar que no establece medidas a varias profundidades y no de ter mina el pH. También Precision Plantig se ha incorpo- rado a este concepto con el dispositivo Smart Firmer (figura 5) (patente con prio- ridad en2017 y publicación final en 2020, US 10,806,072 B2). En este caso se trata de un módulo que determina temperatu- ra, humedad, materia orgánica, nivel de residuo y contacto semilla suelo. Este equipo está preparado para dar señal de control para fertilización y siembra varia- ble. En combinación con el dispositivo SmartDepth de la misma marca (en prue- bas desde 2019), se puede variar de ma - pequeña equiparable a un cuerpo de siem bra monograno, que puede incorpo- rarse a gradas y arados, o emplear en equipos de siembra directa que trabajen incluso a velocidades superiores a 7 km/h. Si se incorpora en un equipo de siembra puede emplearse para un control activo de la profundidad de siembra con una regulación variable a lo largo de la parcela, tal y como se refleja en la paten- te. El equipo iScan (figura 4) determina la humedad y temperatura del suelo, mate- ria orgánica (mediante reflectancia ópti- ca), y conductividad eléctrica aparente (me diante electrodos de conductividad di - recta). Mientras que la humedad y tempe- ratura se emplean en tiempo real para proponer la profundidad de siembra más eficaz, las determinacio- nes de conduc- tividad y mate- ria orgánica (corregidas en hu medad y temperatura) se almacenan en mapas para un uso posterior. Respecto al equipo Veris Foto 5. SmartDepth de Precision Planting, un motor eléctrico para el control de la profundidad de acuerdo a la información de SmartFirmer.
